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【中国环境报】实施近自然湿地生态修复 再现白洋淀“荷塘苇海 鸟类天堂”胜景
2021-11-30

成套技术流程图

府河河口湿地鸟瞰

孝义河河口湿地全貌

前置沉淀生态塘

潜流湿地

水生植物塘

多塘系统

生态环境教育基地宣传活动

珍稀鸟类

    

    水体污染控制与治理科技重大专项(以下简称水专项)是根据《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》设立的十六个重大科技专项之一,按照国务院批复的水专项实施方案和重大专项聚焦调整要求,“十三五”水专项重点聚焦“京津冀协同发展区域综合调控重点示范”。水专项“白洋淀与大清河流域(雄安新区)水生态环境整治与水安全保障关键技术研究与示范(2018ZX07110)”项目的“入淀湿地复合生态系统构建技术研究与工程示范(2018ZX07110-003)”课题,围绕京津冀河湖水环境质量改善和水生态修复重大科技需求,针对北方地区城市尾水水量大且水质难以满足地表水环境质量标准、北方湿地生态系统退化、生态景观格局破碎等问题,研发“生态塘群预处理—功能湿地强化污染削减—近自然湿地生态景观提升”成套技术,并成功在府河河口湿地水质净化工程和孝义河河口湿地水质净化工程中开展工程示范。

    “生态塘群预处理—功能湿地强化污染削减—近自然湿地生态景观提升”成套技术主要包括尾水补给型河道水质提升技术、生态塘群预处理技术、功能湿地污染强化削减技术、近自然湿地生态修复技术和退耕还湿湿地生态系统构建技术。

    课题基于水环境质量和水生态安全需求,分析入淀河流水环境容量;根据河道沉积物污染特征,明确河道底泥环保清淤范围和方式;结合“斑块—廊道—基质”生态河道重塑理念,构建河道湿地系统;筛选生态护岸措施,构建河道生态护岸系统;根据上游来水污染特征,设置湿地缓冲区系统,沉淀生态塘有效削减上游来水中的悬浮物,并通过生态塘的好氧、兼性和厌氧微生物改善水质,潜流湿地通过基质(碎石、钢渣和沸石)拦截、植物吸收和微生物降解高效去除水中的氮磷等污染物;根据湿地生态环境特征,构建深潭—浅滩—沟渠—生态岛等组成的复合生态景观,规划入淀湿地生态空间格局;根据入淀湿地地形特征,通过水力模拟优化湿地内部的水系连通,强化湿地水动力过程对污染的控制;通过基底微地形整理和立地条件改善,促进水生态系统恢复;通过湿地植物、动物和微生物优化,修复或者重构脆弱的湿地生态系统,提升近自然湿地的水质净化作用。

    孝义河河口湿地采用“前置沉淀生态塘+潜流湿地+多塘系统”近自然工艺净化上游微污染来水,出水主要水质指标优于地表水环境Ⅳ类标准

    孝义河河口湿地水质净化工程技术支撑单位为北京林业大学、河北大学、中国人民大学等单位,建设单位为中国雄安集团生态建设投资有限公司,承建单位为中交第二航务工程勘察设计院有限公司、北京京水建设集团有限公司、中交天航环保工程有限公司联合体。项目位于河北省保定市安新县同口镇南、龙化乡北,采用“前置沉淀生态塘+潜流湿地+多塘系统”近自然工艺,主要包括功能湿地工程、生态湿地恢复工程、配套设施及公共工程、智慧湿地工程,工程建设面积2.11平方公里,处理规模20万立方米/天。在上游来水达到一级A标准的前提下,湿地出水主要水质指标(总氮除外)优于地表水环境Ⅳ类标准。

    ● 前置沉淀生态塘

    孝义河河口湿地水质净化工程的前置沉淀生态塘包括生态塘和氧化塘。生态塘面积0.02平方公里。主要去除泥沙、悬浮物、颗粒态磷、有机物等污染物。生态塘起到沉淀、水解、配水3种作用。生态塘不种植沉水植物,以围网种植漂浮植物及布置浮动湿地为主。通过浮动湿地增加塘内生物量,提高去除水中有机物的能力;通过漂浮植物的吸收、吸附等作用,提高水质净化能力。

    氧化塘面积0.16平方公里。主要去除氨氮、溶解性有机污染物等污染物。氧化塘内主要布置沉水植物,挺水植物沿岸布置,在水深0.5米范围内以带状形式种植;浮叶植物选用睡莲、菱进行点缀种植。通过水生态系统的构建强化水体自净能力,实现上游来水中各类污染物指标的初步去除,并维持水体的透明度,保障进水悬浮物浓度满足后续潜流湿地的要求。

    ● 潜流湿地

    孝义河河口湿地水质净化工程的潜流湿地占地面积0.26平方公里。主要去除氨氮、总氮、总磷、有机物等污染物。潜流湿地主要利用基质吸附、附着在填料上的微生物转化以及植物吸收等过程,通过系统内物理、化学和生物的协同作用对污染物进行过滤、吸附、降解等。潜流湿地是污染物去除的核心区,采用“碎石+钢渣”的混合填料,种植芦苇、菖蒲、香蒲、黄花鸢尾和千屈菜,强化污染物去除效果。

    ● 多塘系统

    多塘系统根据水流区域分为生态缓冲塘、浅滩深潭区以及沉水植物塘3个部分。其中生态缓冲塘0.096平方公里、浅滩深潭区0.47平方公里、沉水植物塘0.40平方公里。多塘系统承接潜流湿地,主要发挥生态恢复、水质提升及清水展示功能。塘内以沉水植物为主,同时搭配多种挺水植物和浮水植物,提高生物多样性,并抑制藻类暴发。同时,塘内设置约10%面积的生态岛,为鸟类及水生动物提供栖息地,提高湿地动植物多样性。

    潜流湿地出水经管道进入生态缓冲塘,河口湿地从水质净化区转入生态恢复区,生态缓冲塘实现潜流湿地出水的调蓄与水体复氧。

    生态缓冲塘出水进入浅滩深潭区,浅滩区以挺水植物种植为主,深潭区以沉水植物种植为主。浅滩深潭区通过构建不同深度地形,丰富水底生境,不同的水生动物选择不同的生境栖息,丰富了湿地系统的物种多样性,强化物质、能量循环。

    浅滩深潭区出水经管道自流进入沉水植物塘,沉水植物塘按水域面积的60%优化水生植物群落配置。根据水深不同分别种植挺水植物群落、浮叶植物群落和沉水植物群落。浮叶植物主要包括睡莲、菱等,沉水植物配置四季常绿的矮型苦草、篦齿眼子菜、马来眼子菜、菹草和黑藻等,其中菹草为冬季种,保证沉水植物塘四季均有沉水植物生长。

     水专项白洋淀项目“入淀湿地复合生态系统构建技术研究与工程示范”课题技术完成单位包括:中国雄安集团生态建设投资有限公司、北京林业大学、河北大学、中国人民大学、中电建生态环境集团有限公司、中国雄安集团数字城市科技有限公司、中国雄安集团有限公司。课题得到了国家水专项管理办公室、河北省生态环境厅和雄安新区生态环境局的大力支持。

    府河河口湿地采用“前置沉淀生态塘+潜流湿地+水生植物塘”近自然工艺净化上游微污染来水,出水主要水质指标优于地表水环境Ⅳ类标准

    府河河口湿地水质净化工程技术支撑单位为北京林业大学、河北大学、中国人民大学等单位,建设单位为中国雄安集团生态建设投资有限公司,承建单位为中电建生态环境集团有限公司、中国电建集团北京勘测设计研究院有限公司、中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司联合体。在藻苲淀的府河、漕河、瀑河3河入淀口建设府河河口湿地水质净化工程,采用“前置沉淀生态塘+潜流湿地+水生植物塘”近自然工艺,主要包括功能湿地工程、生态湿地恢复工程、配套设施及公共工程、智慧湿地工程,工程总建设面积4.23平方公里,水处理规模25万立方米/天。在上游来水达到一级A标准的前提下,湿地出水主要水质指标(总氮除外)优于地表水环境Ⅳ类标准。

    ● 前置沉淀生态塘

    府河河口湿地水质净化工程的前置沉淀生态塘包括生态塘和好氧塘。生态塘占地面积0.29平方公里,其中水质净化面积0.20平方公里。主要去除泥沙、悬浮物、颗粒态磷、有机物等污染物。生态塘设置在前置沉淀生态塘前端,起到沉淀、水解、配水等作用,能够有效沉淀河道进水中的悬浮物,降低河水中的含砂量,减轻后续单元的污染负荷。

    好氧塘占地面积0.53平方公里,其中水质净化面积0.36平方公里。主要去除氨氮、溶解性有机污染物等污染物。好氧塘位于潜流湿地前端,作为潜流湿地的“预处理区”,好氧塘依靠光合作用供氧,结合太阳能曝气系统,促进水体中的部分有机物分解、氨氮转化为硝酸盐等,为后续潜流湿地脱氮除磷等提供条件。好氧塘植物配置采用原位生态系统构建方式,以沉水植物为主、挺水浮叶植物为辅。

    ● 潜流湿地

    府河河口湿地水质净化工程的潜流湿地占地面积1.02平方公里,其中水质净化面积0.65平方公里。主要去除氨氮、总氮、总磷、有机物等污染物。潜流湿地主要利用基质填料吸附、附着在填料上的微生物转化以及植物吸收等过程协同对污染物进行过滤、吸附、降解等。通过碎石、钢渣、沸石等基质的科学配比,结合植物的配置要求,提升潜流湿地对氮磷的去除效果。潜流湿地选择的植物物种包括芦苇、香蒲、水葱、藨草、灯芯草、西伯利亚鸢尾、菖蒲等,增加了植物的季相变化,提升了湿地的运行效果及景观效果。

    ● 水生植物塘

    水生植物塘占地面积1.31平方公里,其中水质净化面积0.94平方公里。主要去除氨氮、总磷、有机物等污染物。水生植物塘分为沉水植物区、浮叶植物区、苇海台田区和万亩荷塘区。

    沉水植物区主要选用矮生耐寒苦草、刺苦草、马来眼子菜、微齿眼子菜、大茨藻、金鱼藻、黄花狸藻。挺水植物布置在水陆交错地带,条带状布置,主要选择美人蕉、苔草、香蒲、灯芯草、水菖蒲。浮叶植物选择睡莲,并配以少量槐叶萍点缀布置。通过鱼类增殖放流、土著鱼类引入等措施,促进鲫鱼、鲤鱼、黄鳝鱼、乌鳢等鱼类以及田螺、无齿蚌等底栖动物的繁殖,恢复白洋淀生态系统食物网的完整性。底栖动物以自然恢复为主,适当增殖田螺、无齿蚌、河蚬、青虾等土著种类,增强生态系统的稳定性。

    浮叶植物区塘展示睡莲、荇菜、魁叶萍、菱角、芡实等浮叶植物特色,分区域小单元片植。浮叶植物贴水生长,营造大范围遮蔽空间,与苇海台田的沟壕湿地共同为水体生物提供遮蔽场所及多元生境,同时植物的发达根系对氨氮及总磷进一步大幅削减。

    苇海台田区通过土方开挖回填营造沟壕、台田地形,构造近自然的深潭浅滩微地形,形成丰富的氧化态—还原态交错环境,强化水质净化能力。

    项目工程运行带来环境、生态、社会多重效益

    ● 环境效益

    上述两个河口湿地水质净化示范工程自建成运行以来,逐步改善入淀水质,恢复了河口区的自然湿地景观风貌,形成以苇海荷塘为主的河口区自然景观风貌,创造亲水空间,初步打造成“三区、一带、多节点”的景观格局,实现河口湿地水质净化工程水体净化、生态环境和景观提升等功能。

    通过连续6个月的水质监测,府河河口湿地出水的化学需氧量基本稳定在地表水环境Ⅱ类~Ⅲ类标准、氨氮稳定在地表水环境Ⅱ类标准、总磷稳定在地表水环境Ⅱ类标准,总体水质稳定在地表水环境Ⅱ类~Ⅲ类标准。孝义河河口湿地出水化学需氧量稳定在地表水环境Ⅱ类~Ⅳ类标准、氨氮稳定在地表水环境Ⅱ类标准、总磷稳定在地表水环境Ⅱ类标准。

    两个河口湿地水质净化工程均对上游来水水质发挥了稳定的净化作用,尤其对总磷和总氮的去除效果较为显著。随着工程生态系统的进一步稳定,其水质净化效果和生态系统也更加趋于稳定。

    ● 生态效益

    示范工程通过连通渠仿人工水草设置、前置沉淀生态塘浮动湿地及生物填料布置、水生植物塘深潭浅滩设计、人工抛石鱼巢构建及湿地水生植物发达的根系,为水生动物、微生物提供了庞大的栖息面积,为底栖动物、鱼类、水鸟等提供了稳定、安全、多样化的栖息和繁衍环境。

    工程区域现分布湿生植物共31种,相较于工程建设前的湿生植物10种,从种类、数量以及分布区域、分布面积上均明显增多,已经初步形成挺水植物—浮叶植物—沉水植物的复合水生植物群落结构。在工程区域的连通渠、配水渠、集水渠以前置沉淀生态塘、水生植物塘区域,均分布着大量小型鱼类。区域内浅水、深水、岛屿等多类型的栖息地环境以及不同类型的水生植物为湿地动物、鸟类等提供了栖息生境和食物资源,已经出现不同类型的游禽、涉禽等鸟类,包括天鹅、白鹤、白鹭、野鸭、黑翅长脚鹬等珍稀鸟类,初步展现出白洋淀独特的“荷塘苇海、鸟类天堂”胜景。连续6个月的水生态(鱼类、大型水生植物、浮游植物、浮游动物、底栖动物)监测显示,府河河口湿地水质净化工程总体的生物指标评分为82.5、孝义河河口湿地水质净化工程的总体生物指标评分为81.0,水生态评价结果均为健康状态。

    ● 社会效益

    河口湿地水质净化工程运行后,区域呈现出良好的栖息环境、丰富的景观要素和多样化的生物资源,其显著的生物多样性和群落多样性使工程成为湿地生态系统基本知识科普的天然教室,项目组辅以科普展示牌、湿地宣传教育片、沙盘等,进一步揭示湿地生态系统的水质净化、生态恢复等原理和常识。

    府河河口湿地获批河北省生态环境教育基地,孝义河河口湿地获批河北省雄安新区生态环境教育基地,对激发公众对湿地保护的热情和建设的积极性,提高公众对湿地生态保护的认同感和自觉性具有重要作用,成为华北区域集展示、宣传、教育、科研为一体的重要湿地科普宣教基地和生态文明教育基地。


摘自《中国环境报》 撰稿:张盼月(北京林业大学) 彭战旗(中国雄安集团生态建设投资有限公司)

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